ダリウス風車が回るわけ

質問

縦型の風車で風を切る羽が縦に付いているものです。
なぜあんな形の風車が回るのか不思議です。自己起動しないという特性は当然納得できるのですが。

回答No.4

swvawt

ダリウス風車は風車の中でも垂直軸型、そして揚力型に分類される風車です。
その特徴として、翼が円弧状に曲がっていて回転主軸の上端と下端で固定されています。この曲線はちょうど縄跳びの縄の軌道と同じで、回転によって生じる遠心力を（曲げ力ではなく）引っ張り力によって支え、材料への負荷を抑える構造になっています。

回転原理ですが、上記したように揚力型に分類されますので　翼に働く「揚力」によって回転します。
（補足情報として、航空機などに用いる「翼」には「揚力」と「抗力」２つの力が働きます。揚力は風が吹いてくる方向に対して90度の角度で生じる力、抗力は風の方向と同じ向きに生じる力の事です。実際、翼に働く力の向きは（飛行機の場合）上向きのやや風下向き・・・といったところですが、これを風の吹いてくる向きとその直角方向に分力したのが「揚力」「抗力」です。）
前もって述べておきますが、この回転原理は非常に難しいです。
難しい理由も添えて、なるべく分かるように説明します。

まず、なぜ回るかという話ですが、これは絵を描いて説明しないとわからないと思います。　
まず、紙に大きく円を書いてください。上から見たダリウス風車です。
次に中心からYの字の様に１２０°ずつ線を引いてください。
この線とさっきの円が交わったところに翼があるとします。
この時風車の回転の方向を反時計回りとします。
ですから、この交点のところに反時計回りに進む流線型を書いてください。
それが翼型です。飛行機の翼型を知っている人もただの上下対称の流線型を書いてください。
このとき、風が左から右に向かって吹いているとします。

それではこれから揚力を書き込んでもらいます。
風に対して直角の方向に発生するのが揚力です。書けましたか？
右肩にいる翼は上向きの矢印が入ります。
左肩にいる翼は下向きの矢印です。
真下にいる翼は風に対して角度がないので、ただの逆さ向きの流線型です。揚力は発生しません。

なんとなく分かりますか？　こんな感じです。

難しいと述べたのは、翼と風の角度が常に変化していて、発生する揚力も常に変化しているから。
また、回転すると翼も回転に伴って速度を持つので、風に対する角度が更に変化します。非常に面倒な原理を持ってます。
流線型の翼を書いてもらったのは翼の上面も下面も同じように使用するからです。翼は風との角度によって生じる揚力が変わりますが、角度によって「失速」という現象も起こります。失速については省略しますが、1周のうちにこれらが目まぐるしく変化するので、とても難しいです。

しかし効率はなかなか良く、プロペラ風車に次ぐ性能を持っています。

回答No.3

hiross

ダリウス風車の羽の断面積を見てみるとストリームラインといって最も抵抗の小さい形になっていると思います。
この風車の原理とは、お玉を四個くっつけたような風車の原理と同じなのではないでしょうか。
膨らんだ方の抵抗とへこんだ方の抵抗に差があるために回転する力が生まれるお玉の風車と同じように、ストリームラインの丸い方と尖った方に抵抗の差があるために、回転するのではないかと思います。
ダリウス風車の場合、全体の抵抗が小さいために、より高回転で回ることが出来るのではないかと考えられます。
以上全て推測で恐縮ですが、そう的はずれでもないと思います。

回答No.2

shigatsu

補足見ました。

なぜ回るか。それは羽根がどのように固定されていて、回転軸がどこにあるかで変わるでしょう。
ヘリのローターを例えに出したのは単純に形が似てるからってことで他意はないです。

実際の風車は垂直に立った軸を中心にしか動けないわけですから、羽根に対して何らかの力が加わった場合は回るしかないんですね。
実際の風車も羽根が上下する仕組みが有るんでしょうか？

参考URL：

http://www02.so-net.ne.jp/~earth-d/ecodata/darius1.html#jiritu

回答No.1

shigatsu

その名前は良く知らないんですが、縦型の風車ってことで多分ヘリコプターのローターが折れちゃったみたいな形のやつですよね？

何で飛行機が飛ぶんでしょう？なんでヘリコプターが飛ぶのでしょう？
その辺考えるとなんとなく判ると思うんですけど、原理は一緒だと思います。
風車の羽根の断面が飛行機の翼と同じ形になっていると思います。そこに風があたることで羽根の両面の気圧が変化して、羽根は変化を無くす方向に動こうとするわけです。
航空機はその変化を自力（ジェット推進力や回転）で作ることで浮力（変化を無くす方向）を得るわけですね。

確かこの風車だと、どの方向からの風でも回るんでしたよね。

補足

形を折れたﾛｰﾀｰに例えてもいいのですが、この羽に風が当たって働く揚力は折れた羽を伸ばそうとする方向に働き、回転にはつながらないと思うのです。これでなぜ回るんでしょうか。